ВІДТВОРЕННЯ ГЕОМЕТРИЧНОЇ МОДЕЛІ СТРУКТУР СЕРЦЯ ЗА ДОПОМОГОЮ АНАЛІЗУ ОДНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ЗОБРАЖЕННЯ

Анотація

Постійне зростання потреби у впровадженні ефективних технологічних рішень для тривимірної візуалізації серця зумовлене необхідністю покращення діагностики серцево-судинних захворювань. Використання тривимірних моделей серцевих структур дозволяє отримати більш повне уявлення про анатомічні особливості та функціональний стан серця. Традиційні методи тривимірної реконструкції вимагають або спеціалізованого обладнання, або отримання множини ультразвукових зрізів, що не завжди можливо в клінічній практиці через технічні обмеження або стан пацієнта. Метою дослідження було підвищення ефективності візуальної діагностики шляхом розробки методів тривимірного моделювання структур серця на основі аналізу одного ультразвукового зображення. Об'єктом дослідження виступали тривимірні моделі структур серця та ультразвукові зображення, а предметом – методи моделювання тривимірних структур серця на основі двовимірних ультразвукових зображень. В роботі застосовано комплексний підхід, що включає попередню обробку зображень, сегментацію з використанням нейронної мережі U-Net та методи геометричного моделювання, такі як метод Тейхольца та осесиметрична модель. Для розробки та валідації методів використано набір даних CAMUS, що містить 1400 ультразвукових зображень серця. Дані включають двокамерні та чотирикамерні проекції серця, отримані в різних фазах серцевого циклу. Результати дослідження продемонстрували високу ефективність запропонованого підходу до сегментації серцевих структур, що підтверджується досягнутим значенням dice коефіцієнту 0.89. Розроблені методи геометричного моделювання дозволяють створювати спрощені, але анатомічно обґрунтовані моделі серцевих структур, що можуть бути використані для попередньої оцінки стану серця в ситуаціях обмеженої доступності даних. Практичне значення отриманих результатів полягає у можливості швидкого створення тривимірних моделей серця для підтримки прийняття клінічних рішень, особливо в умовах, коли проведення повного ультразвукового дослідження ускладнене. Запропонований підхід може бути інтегрований в існуючі системи ультразвукової діагностики, розширюючи їх можливості без потреби у додатковому спеціалізованому обладнанні.